PT1630510E - Permutador de calor de placas. - Google Patents

Description

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Descrição "Fermutador de calor de placas" A presente invenção refere-se a um permutador de calor de placas que compreende pelo menos duas vias de escoamento separadas para fluidos primários e secundários para permutar calor, sendo as referidas duas vias de escoamento sensivelmente definidas pelas placas do permutador de calor interligadas por soldadura, munidas com um padrão em espinha de saliências e reentrâncias e oferecendo diferentes quedas de pressão em massas de fluxo iguais dos dois fluidos.

Muitos permutadores de calor do tipo acima mencionado são utilizados para aquecer a água corrente por meio de água quente também utilizada para aquecer prédios para habitação. A temperatura de entrada da água de aquecimento pode ser por exemplo de 75°C, e a temperatura de saida da mesma pode ser cerca de 60°C. A temperatura de entrada da água corrente pode ser cerca de 10°C e a temperatura de saída da mesma pode ser de 55 °C. Isto indica que a massa de fluxo da água de aquecimento tem que ser duas vezes e meia a massa de fluxo da água corrente. Por isso, é económico realizar a secção transversal da via de escoamento para a água de aquecimento mais larga do que aquela da água corrente, por exemplo aplanando a parte superior do padrão em espinha - e deste modo mais largo - enquanto que os fundos permanecem inalterados. 2

Embora a realização do permutador de calor "assimétrico" seja um melhoramento, é ainda um objectivo aumentar adicionalmente a eficiência do permutador - isto é aumentar a transmissão de calor entre os fluidos de permutação de calor sem aumentar o peso do permutador de calor de placas. 0 pedido de patente, japonês, número 11173771 A publicado a 2 de Julho de 1999 descreve um permutador de calor de placas que apresenta diferentes quedas de pressão nas vias de escoamento no caso de massas de fluxo iguais.

Isto é realizado aumentando o espaçamento - isto é a distância entre os contactos de saliências contíguas - no padrão em espinha. Este conhecido dispositivo encontra-se adaptado para permutar calor entre a água e um fluído de arrefecimento, fluindo a água através da via de escoamento que apresenta a queda de pressão menor. Ao realizar pequenas reentrâncias em partes das placas que formam os canais de água, é obtido que o congelamento da água não irá provocar danos no permutador de calor de placas. Contudo, as áreas de contacto entre as placas serão deste modo relatívamente grandes e perdidas para a permutação de calor entre os fluidos. As pequenas reentrâncias nos canais que guiam o fluxo de água irão dar origem a canais de fluxo muito estreitos correspondentes nas vias de escoamento para o fluido de arrefecimento. As áreas de contacto entre placas contíguas não se encontram rigidamente interligadas de modo a aumentar a elasticidade do permutador de calor de placas, mas 3 a resistência mecânica do permutador será pobre tornando o permutador inapropriado para fluidos de elevada pressão. 0 pedido de patente, japonês, número 11281283 A descreve também um permutador de calor em que as quedas de pressão dos dois fluidos de permutação de calor são diferentes no caso de massas de fluxo iguais. De acordo com a forma de realização da figura 5 da referida descrição, as massas de fluxo que formam um padrão em espinha compreendem canais que apresentam áreas de fluxo de secção transversal maiores com duas pequenas reentrâncias secundárias nos canais de secção transversal maior. Isto quer dizer que a via de escoamento que apresenta uma queda de pressão total relativamente elevada irá compreender peças que provocam quedas de pressão muito diferentes. Isto é um modo não económico de utilizar o material no permutador para permutar calor. Também - dado que o espaçamento irá aumentar com o número cada vez maior de reentrâncias secundárias - a resistência mecânica do permutador irá diminuir devido ao número menor de pontos de contacto nos quais as placas podem ser rigidamente ligadas. 0 objectivo da presente invenção é o de conceber um permutador de calor de placas "assimétrico" em que o material das placas é utilizado de um modo mais económico e deste modo em que a eficiência é melhorada, mantendo uma resistência mecânica elevada do permutador.

De acordo com a presente invenção é proporcionado um permutador de calor de placas que compreende pelo menos duas 4 vias separadas para fluidos primários e secundários para permutar calor, sendo as referidas duas vias de escoamento sensivelmente definidas pelas placas do permutador de calor munidas com um padrão em espinha de saliências e reentrâncias e oferecendo diferentes quedas de pressão com massas de fluxo iguais dos dois fluidos, em que as reentrâncias em pelo menos alguns pares de placas que definem a via de escoamento que apresenta a queda de pressão menor, pelo menos parcialmente, apresentam alternadamente duas reentrâncias por pressão (Di, D2) diferentes medidas do plano definido pelos topos das saliências do padrão em espinha da placa permutadora de calor, encontrando-se a menor (D2) localizada entre dois topos do padrão em espinha e apresentando pelo menos 40% do tamanho da maior (Di) , caracterizado por as placas do permutador de calor se encontrarem interligadas por soldagem e por os topos das saliências que engrenam nos topos da placa contígua para definir um canal de fluxo, apresentarem uma elevada queda de pressão, contactando sensivelmente uma com a outra ao longo de pontos definidos por linhas de cruzamento. A invenção será descrita pormenorizadamente tomando como referência os desenhos anexos. As figuras apresentam:

Figura 1 vista da planta da placa num tipo conhecido de permutador de calor de placas.

Figura 2 esquema dos padrões de cruzamento das duas placas de acordo com a figura 1 colocadas uma na outra -após uma delas ter sido rodada no seu plano. 5

Figura 3 corte ao longo da linha A-A na figura 1. Figura 4 corte ao longo da linha B-B na figura 2 numa pilha de quatro placas de acordo com a figura 1. Figura 5 corte que corresponde a figura 4, mas através de um permutador de calor de placas "assimétrico" conhecido. Figura 6 corte que corresponde àquele das figuras 4 e 5, mas através de um permutador de calor de placas de acordo com o pedido de patente, japonês, número 11173771 A. Figura 7 corte que corresponde à figura 6, mas através de um permutador de calor de placas de acordo com o pedido de patente, japonês, número 11281283 A. Figura 8 corte que corresponde àquele apresentado nas figuras 4 a 7 através de duas placas contíguas de um permutador de calor de acordo com a presente invenção - encontrando-se as placas separadas.

Figura 9 corte através de quatro placas no permutador de calor de acordo com a presente invenção. A figura 1 é uma vista da planta de uma placa 1 de um permutador de calor de placas conhecido e largamente utilizado munido com um padrão em espinha de saliências 2 e reentrâncias 3. No permutador, uma pilha de placas deste tipo é realizada após rodar, placa sim placa não, as placas na pilha. 6 A figura 2 ilustra como as saliências e reentrâncias irão depois cruzar. A figura 3 - que é um corte através da linha A-A na figura 1 - ilustra o espaçamento P e reentrância por pressão, D sendo ambos os valores importantes para caracterizar o permutador de calor de placas. A figura 4 é um corte ao longo da linha B-B da figura 2 através de quatro placas num permutador de calor de acordo com as figuras 1-3. Os dois fluxos de fluidos de permutação de calor limitados pelas placas são apresentados com diferentes contornos. Será compreendido que as duas vias de escoamento oferecem as mesmas quedas de pressão a massas de fluxo iguais.

Ao aumentar o espaçamento P e realizando planos os topos 2 das saliências, a via de escoamento de um dos fluidos irá obter uma secção transversal maior do que a via de escoamento do outro fluído.

Contudo, tal como apresentado na figura 5, as áreas de contacto entre as placas do permutador de calor serão muito maiores. Estas áreas não podem ser utilizadas para permutação de calor entre os dois fluxos de fluidos. A figura 6 apresenta um permutador de calor de placas da técnica anterior de acordo com o pedido de patente, japonês, número 11173771 que apresenta um permutador de calor de placas do tipo "assimétrico" em que os pares de placas que limitam a via de escoamento que apresenta a área de secção transversal maior, encontram-se munidos com reentrâncias de menor reentrância D2 do que a reentrância por pressão Di dos topos das saliências do padrão em espinha. Isto foi feito de modo a tornar c permutador de calor de placas mais resistente contra danos provocados por formações de gelo. As áreas de contacto planas entre as placas, e não utilizadas para permutação de calor, continuam a existir nesta forma de realização.

Uma outra proposta para fabricar um permutador de calor de placas "assimétrico" foi descrita no pedido de patente, japonês, número 11281283 A. Aqui as áreas de contacto entre as placas do permutador foi estabelecida substituindo as áreas de contacto planas por áreas que contêm pequenas reentrâncias. Isto foi apresentado na figura 7 e será compreendido que a via de escoamento que apresenta a maior queda de pressão irá compreender canais de secção transversal maior e pelo menos o dobro de secções transversais menores. Esta concepção é prejudicial para a transferência de calor nos canais estreitos devido à velocidade de fluxo muito menor do que os canais de fluxo que apresentam secções transversais mais largas. A figura 8 apresenta um corte que corresponde aos cortes apresentados nas figuras 4-7 através de duas placas de um permutador de calor de acordo com a presente invenção. Uma primeira reentrância por pressão - isto é a distância entre o plano definido pelos topos das saliências e o plano mais baixo definido pelos fundos das saliências - foi assinalada com Di. Uma reentrância por pressão secundária definida como a distância entre o plano dos topos das saliências do padrão em espinha e um plano do fundo das reentrâncias menores, foi assinalada com D2. 0 espaçamento do padrão em espinha foi assinalado com P. 0 padrão em espinha das duas placas 4 e 5 apresentadas na figura 8 são imagens espelhadas uma da outra, sendo deste modo utilizadas duas ferramentas para a prensagem das placas. Também cada uma das placas deve ser rodada 180° no seu plano relativamente às placas contíguas na pilha de modo a obter o padrão em espinha cruzado. A figura 9 é um corte através de quatro placas 4, 5, 6 e 7 dos tipos apresentados na figura 8 e que corresponde aos cortes C-C apresentados nas figuras 4-7. Os três canais formados para os fluxos de permutação de calor são apresentados por dois contornos. Será compreendido da figura 9 que a resistência para o fluxo limitado pelas placas 5 e 6 é maior do que a resistência para o fluxo limitado pelas placas 4 e 5 ou 6 e 7. Contudo, as áreas de contacto entre as placas são mantidas num mínimo, mas o número de contactos no qual as placas se encontram interligadas por soldagem é substancial e irá dar resistência mecânica ao permutador de calor. É essencial manter um massa de fluxo substancial de fluído através das secções transversais assinaladas com 8 na figura 9. A massa de fluxo através da área 8 é aproximadamente proporcional à sua área da secção transversal, sendo isto por sua vez principalmente dependente da magnitude e da reentrância por pressão D2. Uma pequena reentrância por pressão D2 - por exemplo tal como apresentado na figura 7 - irá tornar as áreas 8 pequenas e podem quase bloquear a passagem de fluído. Uma pequena reentrância por pressão secundária irá apresentar praticamente o mesmo efeito que as grandes áreas de contacto entre as saliências do padrão em espinha apresentado na figura 5.

Lisboa, 26 de Março de 2007

Claims (1)

1. Reivindicações 1. Permutador de calor de placas compreendendo pelo menos duas vias de escoamento separadas para fluidos primários e secundários para permutar calor, sendo as duas vias de escoamento sensivelmente definidas pelas placas permutadoras de calor (4-7) munidas com padrões em espinha de saliências e reentrâncias (2, 3) e oferecendo diferentes quedas de pressão em massas de fluxo iguais dos dois fluidos, em que as reentrâncias em pelo menos os mesmos pares de placas definem a via de escoamento que apresenta a queda de pressão menor pelo menos parcialmente, apresentam alternativamente duas reentrâncias diferentes por pressão (Di, D2) medidas do plano definido pelos topos das saliências do padrão em espinha da placa permutadora de calor, encontrando-se a menor (D2) localizada entre dois topos do padrão em espinha e sendo pelo menos 40% do tamanho do maior (Dx) , caracterizado por as placas do permutador de calor (4-7) se encontrarem interligadas por soldagem e por os topos das saliências engrenarem nos topos de uma placa contígua para definir um canal de fluxo que apresenta uma elevada queda de pressão, entrando sensivelmente em contacto um com o outro ao longo de pontos definidos pelas linhas de cruzamento. Lisboa, 26 de Março de 2007